用于软土地基处理的冲击载荷与软土覆盖层厚度控制方法技术

本发明专利技术提供一种用于软土地基处理的冲击载荷与软土覆盖层厚度控制方法，先确定软土承载力特征值，并根据软土覆盖层的初始厚度和应力扩散角计算软土面上的应力作用范围，然后计算第一遍冲击载荷值；接着改变软土承载力特征值和软土覆盖层的应力扩散角，计算第二遍冲击载荷值，直至得到冲击载荷的最大值；最后根据冲击载荷的最大值及其对应的软土承载力特征值反计算软土覆盖层的最终控制厚度。本发明专利技术操作简单，能较准确地计算冲击载荷和软土覆盖层的厚度，便于在工程质量的关键问题上把住关，确保软土地基动力固结处理成功，亦减少软土地基的工程成本，同时也能较好地保护原始植被或地形地貌。

Method for controlling impact load and soft soil cover thickness for soft soil foundation treatment

The present invention provides a method for coating thickness control method of impact load treatment of soft soil foundation and soft soil, first determine the characteristic values of bearing capacity of soft soil, and according to the initial thickness of soft soil layer and the stress diffusion angle calculation of soft soil on the surface of the stress range, and then calculate the impact load value again; then change the soft characteristic value of bearing capacity of soil and soft soil layer stress diffusion angle calculation, second times the impact load value, the maximum value until the impact load; finally, according to the inverse eigenvalue calculation of ultimate control of the thickness of soft soil layer impact load of the maximum and the corresponding bearing capacity of soft soil. The invention has the advantages of simple operation, can accurately calculate the impact load and the soft soil layer thickness, easy on the key issues of the quality of the project live close, ensure the soft soil foundation dynamic consolidation treatment success, but also reduce the cost of the project of soft soil foundation, but also can better protect the original vegetation topography or terrain.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地基工程技术，特别涉及一种用于软土地基处理的冲击载荷与 软土覆盖层厚度控制方法。
技术介绍
在软土地基之上进行动力冲击(夯击)的基本要求有三点 (--)软土层之上要有一定厚度的覆盖层，目前相关规范及工程设计一般要求该厚度为3 4m [见广东省地基处理技术规范DBJ 15 -38-2005:在 软土表面上宜覆盖厚度3.0 4.0m填土层(含砂垫层厚度)，方可在填土表 面上进行强夯施工];(二) 要求给出某次夯击最大冲击能(即最大单击夯击能)；对于该问 题，如何给出及掌握该合适的冲击能大小目前并没有可操作的方法，而普遍 的做法是沿用强夯法中依据要求的最大加固深度来确定；(三) 要有一定的排水能力(通常是设置人工排水体系)。 目前对于软土地基的动力冲击固结处理一般都是按照上述三个基本要求点的解决办法进行，这就容易存在以下缺陷(1)由于要求(一)中覆盖层厚度要求一般过高，这将导致工程成本 过高，特别是在缺土区域实际上难以实施。不同的覆盖层厚度对应着不同的 造价成本，厚度越大成本也越大，尤其当原软土表面标高越接近于地基处理 交工面标高，该现象更明显，此时，不但要承担要求厚度对应的堆填土费用， 还要承担超堆填土卸除与外运的额外费用。另外，需注意到，通常堆填土的 费用所占软基处理的总费用比例较高，而在缺土的建设区域，该比例则非常 高且还较大程度地延长了工期。例如，在珠江三角洲地区目前市场情况是 10m厚度软土，若其上堆载4m土，则运堆6 26元/m3 (中间值为16元 /m3)、卸运5 9元/m3 (中间值为7元/m3)，该部分成本与软基处理的 其他成本，包括人工排水体15.3元/m2 (1.2mX1.2m间距，llm深度，2.0 元/m)、夯击18元/m2、其他2元/m2;总和之比为181% (=64 / 35.3)，此时对应于仅堆填4m;或总和之比为230%[= (64+17.5) / 35.3]，此时对 应于堆填4m+2.5m (卸运厚度)。此外，除上述直接经济问题原因外，由于 挖土破坏原始植被或地形地貌，故其对环境破坏影响也较大。(2)当其他条件一定时，最大冲击能的确定是一个关键且为难点；若 其太大，软土将整体破坏，其触变恢复时间很长，工程一般不允许，造价成 本也太高；若其太小，则加固效果达不到预期目标。由于目前对该值的确定 没有可操作的方法，使得软基处理工程效果难以预测；若按照最大加固深度 来控制最大单击夯击能，则初始(几遍)单击夯击能必定过大而造成软土土 体整体破坏，以致将导致软土地基处理的失败；即按照最大加固深度来控制 冲击荷载的传统方法对软土尤其是具有高含水量的软土是不适合的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于软土地基处理的冲 击载荷与软土覆盖层厚度控制方法，该方法能较准确地计算冲击载荷(也称单 击夯击能)和软土覆盖层的厚度，便于在工程质量的关键问题上把住关，确保 软土地基动力固结处理成功，亦减少软土地基的工程成本，同时也能较好地保 护原始植被或地形地貌。本专利技术通过以下技术方案实现一种用于软土地基处理的冲击载荷与软土 覆盖层厚度控制方法，包括以下步骤(1) 确定软土承载力特征值fak;(2) 确定软土覆盖层的初始厚度，并根据软土覆盖层的应力扩散角计算 软土面上的应力作用范围；(3) 根据得到的软土承载力特征值fak和软土面上的应力作用范围，计算 第一遍冲击载荷值；(4) 根据改变的软土承载力特征值和软土覆盖层的应力扩散角，再计算 第二遍冲击载荷值；(5) 重复步骤(4)，直至得到冲击载荷的最大值；(6) 根据冲击载荷的最大值及其对应的软土承载力特征值反计算软土覆 盖层的最终控制厚度。步骤(1)所述软土承载力特征值的确定通过试验测量或查表得到。当采用试验时，可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002平板载荷试验—— 附录C与D的实施方法进行。所述步骤(2)具体为 (2-1)根据实际工程要求的软土地基处理交工面标高得到所需软土覆盖 层的基本厚度，然后设定软土覆盖层的初始厚度，设定的软土覆盖层初始厚度 大于所需软土覆盖层的基本厚度(基于考虑将要发生的软土沉降与覆盖土层密 实造成覆盖土层表面的高度损失)；(2-2)通过查表或试验测量分别得到软土覆盖层及软土层的变形模量， 根据软土覆盖层和软土层的变形模量相对比值，査表确定软土覆盖层的应力扩 散角；当通过试验测量软土覆盖层及软土层的变形模量时，可按《岩土工程勘 察规范》GB50021-2001 10. 2载荷试验的实施方法进行；应力扩散角的确定可 参照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002表5.2.7进行选取。(2-3)根据得到的软土覆盖层应力扩散角，计算冲击载荷传递至软土层 时软土面上的应力作用范围，具体为光通过公式R二r + lvtg0计算软土面上的应力作用范围半径，然后通过公式^ = ;^2计算软土面上的应力作用范围；式中r为圆形(或等效成圆形)夯击面的半径，hi为软土覆盖层的厚度，6>为软土覆盖层的应力扩散角。步骤(2-2)所述软土覆盖层的应力扩散角取值范围为23。 30° 。 步骤(3)所述冲击载荷值可通过等效拟静压力公式式中，^^为拟静压力最大值(kPa);P为拟静压力在冲击接触时间A/内均值(kPa); W为夯锤的重量(kN); A为冲击锤的底面积(m2); H为落距(m); g为重力加速度(m/s2);计算得到Af为锤土冲击接触时间(s), ^参考值流塑黏性土为100 200ms， 可塑黏性土为80 120tns，硬土为20 60ms。步骤(4)所述软土承载力特征值和软土覆盖层应力扩散角的改变具体为.-通过査表在其取值范围内选择不同的数值；软土承载力特征值的改变呈逐次增 加的趋势，每次夯一遍后该值均有所提高，通常该值可按每遍提高前一状态的 10% 30%考虑；应力扩散角的改变也呈逐次增加的趋势，通常每遍可按递增 T 2。考虑。步骤(6)所述软土覆盖层的最终控制厚度通过公式Pmax/S=fak、 5 = i 2及 R^ + lVtg^反计算得到。本专利技术的冲击载荷与软土覆盖层厚度控制方法，其基本原理是 在排水能力相适应的条件下，软土覆盖层厚度的考虑主要是要使得覆盖层 下的软土整体具有必要抵抗破坏的能力；反之，也就是冲击荷载作用在软土层时传递的荷载应小于或不超过软土的承载力极限值，即荷载通过软土覆盖层的 应力扩散角作用于软土面之上且应力不大于软土的承载力——可按不超过软 土承载力特征值来考虑。由于软土承载力低且破坏后恢复时间长，为了有效地 逐次改善及提高软土承载及抗变形性能，在软土性质、软土覆盖层应力扩散角与排水等条件确定时，最大冲击载荷的确定则主要依赖于软土覆盖层厚度；反 之，该条件下软土覆盖层厚度的确定主要依赖于最大冲击载荷。总的来说，在排水能力相适应的条件下，可按以下几个关键因素控制软土 覆盖层厚度或控制最大冲击荷载(1) 冲击荷载——冲击荷载越大，软土覆盖层厚度应越大(给出定量或 半定量关系)；(2) 填土的应力扩散角——该应力扩散角越大，软土覆盖层厚度可越小 (给出不同类别土层的应力扩散角， 一般密度越大应力扩散角越大)，冲击荷载可越大；(3) 软土承载力特征值—本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于软土地基处理的冲击载荷与软土覆盖层厚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）确定软土承载力特征值ｆ↓［ａｋ］；（２）确定软土覆盖层的初始厚度，并根据软土覆盖层的应力扩散角计算软土面上的应力作用范围；（３）根据得到的软土承载力特征值ｆ↓［ａｋ］和软土面上的应力作用范围，计算第一遍冲击载荷值；（４）根据改变的软土承载力特征值和软土覆盖层的应力扩散角，再计算第二遍冲击载荷值；（５）重复步骤（４），直至得到冲击载荷的最大值；（６）根据冲击载荷的最大值及其对应的软土承载力特征值反计算软土覆盖层的最终控制厚度。

【技术特征摘要】
1、用于软土地基处理的冲击载荷与软土覆盖层厚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)确定软土承载力特征值fak；(2)确定软土覆盖层的初始厚度，并根据软土覆盖层的应力扩散角计算软土面上的应力作用范围；(3)根据得到的软土承载力特征值fak和软土面上的应力作用范围，计算第一遍冲击载荷值；(4)根据改变的软土承载力特征值和软土覆盖层的应力扩散角，再计算第二遍冲击载荷值；(5)重复步骤(4)，直至得到冲击载荷的最大值；(6)根据冲击载荷的最大值及其对应的软土承载力特征值反计算软土覆盖层的最终控制厚度。2、 根据权利要求1所述用于软土地基处理的冲击载荷与软土覆盖层厚度 控制方法，其特征在于，步骤(1)所述软土承载力特征值的确定通过试验测 量或查表得到。3、 根据权利要求1所述用于软土地基处理的冲击载荷与软土覆盖层厚度 控制方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为(2-1)根据实际工程要求的软土地基处理交工面标高得到所需软土覆盖 层的基本厚度，然后设定软土覆盖层的初始厚度，设定的软土覆盖层初始厚度 大于所需软土覆盖层的基本厚度；(2-2)通过查表或试验测量分别得到软土覆盖层及软土层的变形模量， 根据软土覆盖层和软土层的变形模量相对比值，査表确定软土覆盖层的应力扩 散角；(2-3)根据得到的软土覆盖层应力扩散角，计算冲击载荷传递至软土层 时软土面上的应力作用范围，具体为先通过公式R = r + h, tgP计算软土面上的应力作用范围半径，然后通过公式^ = ;^2计算软土面上的应力作用范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彰明，万灵，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]